第四章DCS集散控制系統(tǒng)和總線控制系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備及生產(chǎn)線的應(yīng)用與維護(hù)目錄4.1集散控制系統(tǒng)4.2組態(tài)技術(shù)4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析24.1集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）。實(shí)際上是由不同目的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)分層管理與控制系統(tǒng)。上層為計(jì)算機(jī)管理層形成的上位機(jī)層，上位機(jī)層可以是多層結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)，按照規(guī)模結(jié)構(gòu)設(shè)置一層或多層用于管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，底層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備計(jì)算機(jī)控制層，主要用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過(guò)程控制。簡(jiǎn)單說(shuō)上層為管理功能層，下層為實(shí)時(shí)控制層。34.1集散控制系統(tǒng)4圖4-1直接數(shù)字控制DDC系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

集散控制系統(tǒng)實(shí)際上是由計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl，DDC）衍生出來(lái)的多機(jī)多層控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，只是上層實(shí)現(xiàn)的是監(jiān)控、決策方面的管理功能，而在底層實(shí)現(xiàn)的是對(duì)設(shè)備等進(jìn)行的過(guò)程控制。從通信時(shí)間的延時(shí)性考慮，由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾韺有枰袀鬏敃r(shí)間，延時(shí)就導(dǎo)致即時(shí)性差，因而上層只適合于數(shù)據(jù)檢測(cè)和趨勢(shì)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)管理，不適于即時(shí)性控制。4.1集散控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了4C技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)Computer、控制技術(shù)Control、通信技術(shù)Communication及圖形顯示技術(shù)CRT），其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、靈活配置以及方便組態(tài)。54.1集散控制系統(tǒng)實(shí)際上DCS系統(tǒng)就是由兩層智能單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的控制系統(tǒng)。6圖4-2決策單元與現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)圖4.1集散控制系統(tǒng)集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、分散計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱集散控制系統(tǒng)或DCS，其實(shí)質(zhì)是利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)，它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展、滲透而產(chǎn)生的。74.1集散控制系統(tǒng)

集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：通用性強(qiáng)，能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各種需要。系統(tǒng)組態(tài)靈活，能夠使工藝過(guò)程和相關(guān)參數(shù)在屏幕上直觀顯示?？刂乒δ芡晟?，能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)環(huán)及閉環(huán)的非線性和線性的各種復(fù)雜控制過(guò)程。數(shù)據(jù)處理方便，能夠快速完成大量的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、比較和輸出。顯示操作集中，能夠在一個(gè)操作站完成眾多數(shù)據(jù)參數(shù)的調(diào)用顯示和相關(guān)的修改操作。人機(jī)界面友好，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)操作和屏幕引導(dǎo)功能可以實(shí)現(xiàn)自定義及多種直觀操作。安裝簡(jiǎn)單規(guī)范化，能夠按照積木方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安裝而不需要煩瑣的施工工具。調(diào)試方便運(yùn)行安全可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)各站獨(dú)立調(diào)試84.1集散控制系統(tǒng)任何條件下的集散控制系統(tǒng)都是三大部分構(gòu)成。1.分散過(guò)程控制單元各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)不同功能的子系統(tǒng)獨(dú)立控制單元組成DCS系統(tǒng)最基礎(chǔ)的過(guò)程控制級(jí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表送來(lái)的過(guò)程信號(hào)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、分析，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的工程量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行控制和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)顯示，同時(shí)將有關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或總線上傳到上位機(jī)。過(guò)程控制級(jí)完成各自獨(dú)立的控制，并可利用組態(tài)形式進(jìn)行閉環(huán)控制、批量控制和順序控制；也能接受上位機(jī)操作站發(fā)來(lái)的各種操作命令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)控制。94.1集散控制系統(tǒng)10任何條件下的集散控制系統(tǒng)都是三大部分構(gòu)成。2.操作管理單元操作人員通過(guò)集散控制系統(tǒng)的操作管理單元了解相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)各生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行狀況，并通過(guò)該單元發(fā)出操作指令給各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。相關(guān)各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的各種關(guān)鍵參數(shù)在操作管理單元上顯示，以便于操作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的總量操作。3.通信系統(tǒng)各個(gè)分散過(guò)程控制單元與操作管理單元之間需要有一個(gè)橋梁來(lái)完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換，這就是通信系統(tǒng)。4.2組態(tài)技術(shù)

組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法來(lái)完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。114.2.1組態(tài)技術(shù)功能

組態(tài)的英文拼寫(xiě)為Configuration（構(gòu)造，形狀，外貌，輪廓），含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源迸行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先的設(shè)置要求自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)來(lái)滿足用戶要求的目的。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，是為用戶提供的快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。4.2組態(tài)技術(shù)124.2.1組態(tài)技術(shù)功能

組態(tài)軟件是一種編程和組態(tài)的軟件平臺(tái)，支持多種通信協(xié)議，為用戶提供了多種硬件設(shè)備支持，如PLC、各種板卡、智能儀表等；利用組態(tài)軟件提供的圖形、趨勢(shì)曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表等功能模塊，使用戶可以不用編程就能通過(guò)“搭積木”的方式構(gòu)建自己的系統(tǒng)，特別適合自動(dòng)化工程人員，它不需要編程基礎(chǔ)就可以快速為用戶構(gòu)建出界面美觀、功能強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)。另外，組態(tài)軟件還提供了腳本功能，如類(lèi)C語(yǔ)言、類(lèi)PASCAL語(yǔ)言，有的甚至支持VBScript。為深層次用戶提供了更加靈活和強(qiáng)大的功能。4.2組態(tài)技術(shù)134.2.1組態(tài)技術(shù)功能

在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過(guò)編寫(xiě)程序（如使用VC、VB，DELPHI）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編寫(xiě)程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于過(guò)去需要幾個(gè)月的工作，通過(guò)組態(tài)幾天就可以完成。而且軟件項(xiàng)目的可靠性也大大提高。組態(tài)軟件具有專業(yè)性。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用，如DCS（集散控制系統(tǒng)）組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。一般把人機(jī)界面生成軟件叫工控組態(tài)軟件。144.2.2組態(tài)技術(shù)應(yīng)用條件1.系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境是自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)工程師為實(shí)施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過(guò)建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用程序，供系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下工作使用。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境由若干個(gè)組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)程序等。2.系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，目標(biāo)應(yīng)用程序被裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并投入實(shí)時(shí)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境由若干個(gè)運(yùn)行程序組成，如圖形界面運(yùn)行程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序等。組態(tài)軟件支持在線組態(tài)技術(shù)，即在不退出系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的情況下可以直接進(jìn)入組態(tài)環(huán)境并修改組態(tài)，使修改后的組態(tài)直接生效。4.2組態(tài)技術(shù)154.2.3組態(tài)技術(shù)的軟件平臺(tái)必備的典型組件包括以下內(nèi)容:應(yīng)用程序管理器圖形界面開(kāi)發(fā)程序圖形界面運(yùn)行程序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組態(tài)程序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行程序I/O驅(qū)動(dòng)程序4.2組態(tài)技術(shù)對(duì)于擴(kuò)展設(shè)備有專用接口組態(tài)程序包括以下可選組件：通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口（ODBC接口）組態(tài)程序通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口（ODBC接口）運(yùn)行程序策略（控制方案）編輯組態(tài)程序策略運(yùn)行程序?qū)嵱猛ㄐ懦绦蚪M件

通信實(shí)用程序的功能：①可以實(shí)現(xiàn)操作站的雙機(jī)冗余熱備用；②實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和傳送；③通信實(shí)用程序可以使用以太網(wǎng)、RS485、RS232、PSTN等多種通信介質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其功能。164.2組態(tài)技術(shù)4.2.4常用組態(tài)軟件17組態(tài)王組態(tài)王的應(yīng)用涉及電力、化工、冶金、環(huán)保、國(guó)防、航天航空、郵電通信和食品等行業(yè)，是國(guó)內(nèi)工業(yè)應(yīng)用較廣泛的組態(tài)軟件。WinCC西門(mén)子公司的HMI/SCADA軟件系統(tǒng)WinCC在全球廣泛應(yīng)用已久，憑借西門(mén)子在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的雄厚技術(shù)實(shí)力和廣泛被采用的軟件技術(shù)，WinCC在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)碩果累累。力控力控組態(tài)軟件是北京三維力控科技設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高端產(chǎn)品，該產(chǎn)品主要定位于國(guó)內(nèi)高端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，是企業(yè)信息化有力數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。iFixiFix是較為先進(jìn)的HMI/SCADA自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件，世界上許多最成功的制造商都依靠iFix軟件來(lái)全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。4.2組態(tài)技術(shù)4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)4.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的形成18現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字—模擬信號(hào)控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線則是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)是智能儀表。分散在各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表通過(guò)數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線連為一體，并與控制室中的控制器和監(jiān)視器一起共同構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。通過(guò)遵循一定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可以將不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品集成在同一套FCS中，具有互換性和互操作性。FCS把傳統(tǒng)DCS的控制功能進(jìn)一步下放到現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等功能?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)（包括采集的數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳到控制室的控制設(shè)備上，控制室的控制設(shè)備用來(lái)監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行狀態(tài)，保存各智能儀表上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)完成少量現(xiàn)場(chǎng)儀表無(wú)法完成的高級(jí)控制功能。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)194.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行，數(shù)字式多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，它也被稱為現(xiàn)場(chǎng)低層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。1.現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖4-3現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)204.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括用于進(jìn)行閉環(huán)控制的工控機(jī)、PLC等；用于調(diào)節(jié)的變頻器、驅(qū)動(dòng)器等；用于測(cè)量的智能儀表等；各種被控執(zhí)行元件等；用于檢測(cè)的傳感器等。管理設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)等。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要遵守相關(guān)總線協(xié)議的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，例如遵循ISO的OSI開(kāi)放系統(tǒng)參考模型的全部或部分協(xié)議。ISO—國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織。OSI—ISO在網(wǎng)絡(luò)通信方面所定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型。OSI具有以下結(jié)構(gòu)：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)214.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)2.現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)與局域網(wǎng)的區(qū)別

按功能比較FCS連接自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖亲钚∨康臄?shù)據(jù)信息，傳輸速率低，但實(shí)時(shí)性高。可以說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線控制是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)用于連接局域區(qū)域的計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖谴笈康臄?shù)字信息，傳輸速率高，但不要求實(shí)時(shí)性。從這個(gè)意義而言，局域網(wǎng)是一種高速信息網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)方式比較現(xiàn)場(chǎng)總線控制可采用各種通信介質(zhì)，如雙絞線、電力線、光纖、無(wú)線及紅外線等，實(shí)現(xiàn)成本低。局域網(wǎng)需要專用電纜，如同軸電纜、光纖等，實(shí)現(xiàn)成本高。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)224.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由IEC/TC65通過(guò)了8種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線控制形式作為IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，IEC/TC65指工業(yè)過(guò)程測(cè)量、控制和自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì)，而現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)共有12種，它們分別是：1.IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（l）IEC技術(shù)報(bào)告（即FF的H1）。（2）ControlNet（美國(guó)RockWell公司支持）。（3）Profibus（德國(guó)西門(mén)子公司支持）。（4）P-Net（丹麥ProcessData公司支持）。（5）FFHSE（即原FF的H2，F(xiàn)isher-Rosemount公司支持）。（6）SwiftNet（美國(guó)波音公司支持）。（7）WorldFIP（法國(guó)Alstom公司支持）。（8）Interbus（德國(guó)PhoenixContact公司支持）。2.IECTCl7B國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（1）SDS（SmartDistributed）。（2）ASI（ActuatorSensorInterface）。（3）DeviceNet。3.ISO-OSll1898有一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CAN（ControlAreaNetwork）4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)234.3.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的特點(diǎn)開(kāi)放性互操作性靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的高度智能化對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)性低成本開(kāi)放性、分散性和低成本是現(xiàn)場(chǎng)總線控制的主要特征，它的出現(xiàn)將使傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生劃時(shí)代的變革。這場(chǎng)變革的深度和廣度將超過(guò)歷史上任何一次變革，必將開(kāi)創(chuàng)自動(dòng)控制的新紀(jì)元。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)244.3.5主要現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)（1）總線橋技術(shù)該技術(shù)通過(guò)RS232、RS485等串行通信接口或網(wǎng)關(guān)接口，將智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，連接到Profibus總線上。這樣一些傳統(tǒng)的儀表及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備公司，就可以通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本的使用Profibus。（2）總線橋產(chǎn)品①OEM系列。通過(guò)與設(shè)備開(kāi)發(fā)企業(yè)技術(shù)合作，免費(fèi)提供嵌入式Profibus接口開(kāi)發(fā)技術(shù)，并以O(shè)EM方式提供Profibus接口的專用邏輯芯片。②橋（Bridge）系列。通過(guò)RS232、RS485等串行通信接口，將智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如變頻器、溫度巡檢儀、回路調(diào)節(jié)器等接到Profibus上，可免費(fèi)替用戶編寫(xiě)設(shè)備通信程序。③網(wǎng)關(guān)（GateWay）系列。有不同現(xiàn)場(chǎng)總線控制之間的接口，目前有Profibus-CAN、Profibus-Lonworks、Profibus-TCP/IP（Internet）三種接口。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)254.3.5主要現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)總線控制技術(shù)（FF）FF的特色是其通信協(xié)議在ISO的OSI物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層之上附加了用戶層，通過(guò)對(duì)象字典OD和設(shè)備描述語(yǔ)言DDL實(shí)現(xiàn)可互操作性。LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)由美國(guó)埃施朗公司推出并與MOTOROLA公司共同倡導(dǎo)且于1990年正式公布的，采用ISO/OSI模型中全部七層通信協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮倪B接方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)計(jì)。CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)德國(guó)奔馳公司20世紀(jì)80年代末為解決汽車(chē)眾多控制設(shè)備與儀器儀表之間的數(shù)據(jù)交換的一種串行通信協(xié)議。HART協(xié)議主要應(yīng)用于智能變送器。HART為一過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)，它通過(guò)在4~20mA電流信號(hào)上疊加不同頻率的正弦波（2200Hz表示“0”，1200Hz表示“l(fā)”）來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)，從而保證了數(shù)字系統(tǒng)和傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)的兼容性。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)264.4.1PLC的功能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析PLC是構(gòu)成工業(yè)控制單元系統(tǒng)最基本和主要的智能控制器，具有豐富的控制功能。①可以完成邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)（順序）控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控制（PLC具有數(shù)據(jù)處理能力）、通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能。②可用一臺(tái)PLC作為主控單元構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。也可多臺(tái)同型號(hào)PLC構(gòu)成PLC控制網(wǎng)絡(luò)，其中一臺(tái)為主站，其余為從站。274.4.2DCS的功能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析DCS是由多個(gè)控制單元按照一定的功能條件構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)。①分散控制系統(tǒng)是集4C（Communication，Computer，Control，CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)先進(jìn)、精準(zhǔn)、快速的優(yōu)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)集中監(jiān)控與管理，又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便的現(xiàn)場(chǎng)分散過(guò)程控制。上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)分散控制可脫機(jī)運(yùn)行。②從上到下的樹(shù)狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，并行連續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，有大量電纜從主控單元或中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。③DCS是管理控制（工程師站）、管理操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作，大DCS系統(tǒng)是各家不同的。284.4.3FCS的功能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析①FCS是新一代過(guò)程控制系統(tǒng)。是3C技術(shù)（Communication，Computer，Control）的融合。FCS可以工作在本質(zhì)（本征）安全、區(qū)域危險(xiǎn)、過(guò)程易變、難于對(duì)付的非常環(huán)境。②全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。③用兩根雙絞線連接分散的現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制裝置?！艾F(xiàn)場(chǎng)控制”取代“分散控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。從控制室到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向數(shù)字通信總線，是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點(diǎn)、開(kāi)放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。294.4.3FCS的功能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析④把微機(jī)處理器轉(zhuǎn)入現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，信號(hào)傳輸精度高，遠(yuǎn)程傳輸。實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸全數(shù)字化、控制功能完全分散、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開(kāi)放。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。⑤可上局域網(wǎng)，可與廣域網(wǎng)相通。既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是控制網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，無(wú)論是采用DCS還是采用現(xiàn)場(chǎng)總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上，采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可以從現(xiàn)場(chǎng)得到更多的信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的信息量沒(méi)有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。304.4.4PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析PLC是控制單元，而DCS是由多個(gè)控制單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通信控制系統(tǒng)。①PLC著重于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的邏輯控制及開(kāi)關(guān)量控制以及模擬量控制，組成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)環(huán)或閉環(huán)的單機(jī)或多機(jī)的控制系統(tǒng)，而DCS著重于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的閉環(huán)控制以及數(shù)據(jù)的隨機(jī)調(diào)整處理。②對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制，DCS或PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。數(shù)據(jù)公路是PLC與分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對(duì)絞線、同軸電纜或光纖電纜。③DCS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。既可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)、最優(yōu)控制和非線性控制等，也可實(shí)現(xiàn)順序控制等。系統(tǒng)可靠性高。操作站具有良好的人機(jī)界面功能。軟硬件采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)容易開(kāi)發(fā)。使用組態(tài)軟件，編程簡(jiǎn)單，操作方便。有良好的性價(jià)比。而PLC本身只能構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。314.4.5DCS系統(tǒng)與FCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異4.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析①DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器的功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容必須采用冗余設(shè)計(jì)方式，否則難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。②DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開(kāi)放式系統(tǒng)，不同廠商、不同品牌的各種產(chǎn)品基本能同時(shí)連入同一現(xiàn)場(chǎng)總線，形成最佳的集成系統(tǒng)。③DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的，必須通過(guò)D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)將D/A與A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備內(nèi)部，設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信，使精度得到大的提高，并且FCS系統(tǒng)是將PID閉環(huán)控制功能裝入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，縮短了控制周期，提高運(yùn)算速度，從而改善調(diào)節(jié)性能。324.4